雷击对铁路信号系统的影响分析

雷击对铁路信号系统的影响分析

伴随着我国铁路的飞速发展，为确保行车安全、提高运输效率，铁道信号设备也有了突飞猛进的发展，防雷对于铁路信号设备而言是一项长期性的工作，雷电对信号设备的危害不可避免，但如何能够通过行之有效的方式减小甚至避免雷击对信号设备的影响是工作的重点。

标签：雷击；铁路；信号；影响

1、背景

铁路系统是我国运输交通网的主要组成部分，为国家经济基础建设、工程建设和国防运输做出了巨大的贡献。铁路信号系统是整个铁路网络的核心部分，负责对整个网络中列车运行方面的信息进行监控。而雷电很容易对铁路信号系统造成破坏，从而导致严重的后果，致使重大交通事故的发生。因此，研究雷电对铁路信息系统的影响，分析雷电入侵铁路信号系统的途径，从系统的防雷技术入手，提高铁路信号设备的可靠性能，这具有重要的实际意义。在很早以前，美国的铁路协会就成立了“防雷特别委员会”，专门负责指导本国铁路的防雷工作。结合防雷故障调查研究，提出一系列固体信号雷电影响研究，在感应雷干扰信号传输、直击雷影响电力、元件方面取得了不少成果。与此同时，日本也成立了国营铁路防雷委员会，采取了以安装保安器为主的防护措施，并对晶体管设备的防雷问题进行了大量研究等等，由此可见防雷工作对于铁路信号系统的重要性。然而，我国高速铁路建设比较晚，对铁路信号系统的雷击防护研究比较少，相比较国外的一些研究来说，尚缺乏成熟的实践经验。基于因雷电干扰铁路信号而产生的事故频繁发生，研究者开始不断深入研究雷电对信号系统的影响。

2、铁路信号系统的组成及原理

随着我国铁路建设的高速发展，信号系统的技术和设备研究显得日益重要。铁路信号系统根据管理的不同大致可以分为以下几个方面：

2.1调度系统。随着信息系统、特别是电子技术的发展，现代行车调度系统通过计算机技术、通信、控制、信息及决策技术，实现了列车远程实时监视、追踪、控制和管理等的自动化处理。

2.2闭塞系统。闭塞是用信号或者凭证，为确保铁路列车行车安全，避免正面冲突和追尾事故的发生，同时为不断提高铁路运输效率，保证列车按照空间间隔法运行而采取的行车组织方法。

2.3站内联锁系统。车站联锁是利用机械、电气自动控制和远程控制的技术和设备，使车站范围内的信号机、进路和进路上的道岔形成相互具有制约关系，以技术手段识别、消除或减弱车站内危及行车安全的因素，以保证行车安全。

3、故障因素分析及雷击对铁路信号系统的影响

就目前铁路信息系统的发展趋势而言，其正朝着多元化的方向发展，而要是实现铁路信号系统稳定性的提升，就必须从设备和技术两个方面入手。

3.1设备

铁路信号系统是一个由多种机电设备组成的复杂的控制系统。实际信号系统的故障现象具有多样性，造成铁路信号设备故障的原因也是错综复杂，其中，有设备失修发生的故障、产品质量发生的故障，也有维修、施工及使用操作中人为造成的故障等，很多复杂故障产生的原因往往具有模糊性、随机性和组合性等特点。

3.2技术

十几年来，以计算机技术为代表的微电子设备大量应用，使信号设备的核心技术有了质的飞越。由于微电子设备是弱电环境工作，容易受电磁脉冲干扰，甚至被击穿损毁。一些微电子器件工作电压仅几伏，传递信息电流小至微安级，对外界的干扰极其敏感，而雷电流产生的瞬变电磁场对微电子设备的干扰和损害尤为严重。

雷电是一种自然现象，是自然界中最强的脉冲放电过程，在信号系统电源设备上产生的过电压和过电流，从而干扰信号系统的正常运行，对高速铁路信号系统的危害巨大。雷击主要可以分为直接雷击和感应雷击。

（1）直接雷击：在雷电击中建筑物、金属导体或电子设备时，巨大的雷电流流入地下，在雷击点及其连接的金属部分产生极高的对地电压，可能直接引起接触电压或跨步电压等触点事故，强大的雷电流转变成热能，瞬间释放约数百兆焦耳的能量。直接雷击的危害极大，它能直接击中的物体瞬间发生巨大损坏。

（2）感应雷击。当金属物处于雷云和大地间的电场中时，被感应出大量静电荷，雷云放电后，雷云和大地间的电场消失，但是金属物上感生聚集的静电荷并不会立即消失，它对地电压可达几万伏。电磁脉冲、电磁感应及雷电浪涌都属于感应雷击。感应雷击虽没有直接雷击猛烈，但其发生的概率比直接雷击高得多。直接雷击只发生在雷云直接击中地面设施造成雷电危害，而感应雷击不论雷云直接击中设备附近地面还是雷云之间的闪击，都可能发生雷电危害。

4、铁路信号设备的雷击防护措施

由此可见，铁道信号设备防雷应从单纯一维防护转为三维防护，包括：防直击雷，防感应雷电波侵入，防雷电电磁感应，防地电位反击以及操作瞬间过电压影响等多方面作系统综合考虑。

按照防护范围可将弱电设备的防雷措施分为两类，外部防护和内部防护。

4.1外部防护。对于室外设备的防雷，主要就是对于雷电的电磁环境进行改善。如安装信号设备的时候，可以放到一个能够与大地具有良好的连接的金属箱或者是金属盒里面，这样就能对于雷电的电磁脉冲起到良好的屏蔽的作用。电缆是连接铁路信号室内、外设备的桥梁，因此，在与信号设备进行连接的时候，一定要使用屏蔽电缆，而且要使屏蔽电缆的屏蔽层进行良好的接地，以避免雷击干扰。在室外信号系统设备集中的区域安装避雷针，防止雷电直击设备本身、电缆和轨道。避雷针的安装位置必须考虑能够避免站场内的信号系统设备遭受雷击，还要防止避雷针引雷后的雷电感应。尤其避雷针的地线一定要与站场内的钢轨、电缆径路有一定的安全距离（一般大于20m），以避免雷电反击。

4.2内部防护。虽然目前大部分信号设备都位于室外，因此，相关人员在进行防雷体系设计的过程中，往往只重视室外防雷工作，然而在实际工作中，工作人员还要重视室内防雷工作，尤其是通向室外的变压器部分。室内防雷措施是指在建筑物內部弱电设备对电源系统内部过电压的防护。主要防雷措施有等电位连接、屏蔽、保护隔离、合理布线和设置过电压保护装置等，这些措施是目前较先进的防雷措施。除此之外，我们还应该对相关设备进行接地处理，不断提高室内防雷的工作水平。

5、结束语

雷雨季节，铁路信号设备容易受到雷电的袭击，这就使得铁路信号设备可能不能够正常的运行。为了解决这一问题，这就要求相关的人员要制定相应的防雷对策，从而可以保证铁路信号设备正常运行，并且要不断减少雷电对铁路信号设备的危害。

参考文献：

[1]李微.浅析铁路信号设备的雷电防护[J].科技促进发展，2012，6（15）：96-98.

[2]董昱.区间信号与列车运行控制系统[M].北京：中国铁道出版社，2008.

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